金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí)課件-002

金屬切削的基礎(chǔ)知識(shí)切削加工—利用切削工具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從工件（毛坯）上切去多余的金屬層，從而獲得符合一定質(zhì)量要求的零件的加工過(guò)程。切削運(yùn)動(dòng)刀具切削過(guò)程的現(xiàn)象第1節(jié)切削運(yùn)動(dòng)及切削用量一、切削運(yùn)動(dòng)二、切削用量三、切削層參數(shù)一、切削運(yùn)動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)：為完成切削工作，刀具與工件之間必須有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)。

分類：按其在切削過(guò)程中所起的作用不同，分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)：切下切屑所必需的基本運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：在切削運(yùn)動(dòng)中，主運(yùn)動(dòng)的速度最高，消耗的功率也最大，一般只有一個(gè)。

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：使被切削的金屬層不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)稱為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)：速度低，消耗功率小可有多個(gè)，如銑削二、切削用量----用來(lái)衡量切削運(yùn)動(dòng)量的大小包括：切削速度進(jìn)給量背吃刀量1.切削速度定義：切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。以

vc表示，單位m/s或m/min計(jì)算公式：（1）主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，

vc為最大線速度d——工件或刀具的直徑，mm

n——工件或刀具的轉(zhuǎn)速，r/s或r/min（2）主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，

vc為平均速度L——往復(fù)行程長(zhǎng)度，mm

nτ——主運(yùn)動(dòng)的往復(fù)速度，st/s或st/min2.進(jìn)給量

---刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。車削：每轉(zhuǎn)進(jìn)給量用

f表示，單位mm/r刨削：每行程進(jìn)給量用

f表示，單位mm/st銑削：每齒進(jìn)給量用fz

表示，單位mm/zfz進(jìn)給速度，即瞬時(shí)速度用vf表示，單位mm/s或mm/minz——刀具齒數(shù)3.背吃刀量定義：在通過(guò)切削刃上選定點(diǎn)并垂直于該點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)方向的切削層尺寸平面中，垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向測(cè)量的切削層尺寸。即切削深度，用

ap表示，單位mm加工表面待加工表面已加工表面過(guò)渡表面切削層—在切削過(guò)程中，由刀具切削部分的一個(gè)單一動(dòng)作所切除的工件材料層包括：切削層公稱橫截面積AD

---垂直于主運(yùn)動(dòng)方向上切削層的截面面積，AD=bD×hD

切削層公稱寬度bD---沿主切削刃上度量的切削層尺寸切削層公稱厚度hD

---兩相鄰過(guò)渡表面之間的垂直距離三、切削層參數(shù)第2節(jié)刀具一、刀具材料二、刀具結(jié)構(gòu)三、刀具角度

一、刀具材料刀具材料的要求（1）高硬度（2）高強(qiáng)度、高韌性（3）耐磨性（4）耐熱性（紅硬性、熱硬性）（5）制造工藝性（可制造性）常用刀具材料（1）碳素工具鋼、合金工具鋼（鉗工工具）（2）高速鋼（復(fù)雜刀具）（3）硬質(zhì)合金（WC、TiC）（4）新型材料陶瓷材料金剛石立方氮化硼（CBN）二、刀具結(jié)構(gòu)

刀具=夾持部分+切削部分夾持部分—用來(lái)將刀具夾持在機(jī)床上的部分切削部分---刀具上直接參與切削工作的部分結(jié)構(gòu)形式2、焊接式3、機(jī)夾式1、整體式機(jī)夾銑刀三、刀具角度（一）車刀切削部分的組成三面兩刃一尖：前刀面—刀具上切屑流過(guò)的表面主后刀面—與過(guò)渡表面相對(duì)的表面副后刀面---與已加工表面相對(duì)的表面主切削刃---前刀面與主后刀面的相交線，擔(dān)負(fù)主要切削任務(wù)副切削刃---前刀面與副后刀面的相交線，配合主切削刃完成切削任務(wù)刀尖---主副切削刃連接部位1、刀具靜止參考系------用于定義刀具設(shè)計(jì)、制造、刃磨和測(cè)量幾何參數(shù)時(shí)所用的參考系。組成：由三個(gè)互相垂直的輔助平面組成基面—過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)，與該點(diǎn)切削速度方向垂直的平面，以pr表示。切削平面---過(guò)切削刃選定點(diǎn)，與切削刃相切，并垂直于基面的平面，包括主切削平面ps和副切削平面ps’

正交平面---過(guò)切削刃選定點(diǎn)，并同時(shí)垂直于基面和切削平面的平面，以po表示。假定工作平面---過(guò)切削刃選定點(diǎn)，垂直于基面并平行于假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的平面，以pf表示（二）刀具切削部分的主要角度刀具靜止參考系平面2、刀具主要角度

主偏角kr—在基面中測(cè)量的主切削平面與假定工作平面間的夾角副偏角kr’—在基面中測(cè)量的副切削平面與假定工作平面間的夾角前角γ0—在正交平面中測(cè)量的前面與基面間的夾角。后角α0—在正交平面中測(cè)量的刀具后面與切削平面間的夾角。刃傾角λS—在主切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。包括：主偏角kr—在基面中測(cè)量的主切削平面與假定工作平面間的夾角副偏角kr’—在基面中測(cè)量的副切削平面與假定工作平面間的夾角基面投影主偏角的影響：1）影響參與切削的切削刃的長(zhǎng)度，影響刀具的壽命切削深度和進(jìn)給量一定時(shí)，

kr減小，切屑寬度增大，切屑厚度減小

參與切削的切削刃長(zhǎng)度增大，切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷小，并且有利于散熱

延長(zhǎng)刀具壽命

2）影響工件表面粗糙度主偏角減小，會(huì)降低加工表面殘留面積的高度，從而減小表面粗糙度的值，提高表面精度。3）影響三個(gè)方向切削分力的大小切削力一定時(shí)，增大主偏角，則徑向分力減小，從而減少工件的彈性變形和振動(dòng)。所以加工細(xì)長(zhǎng)軸類零件時(shí)選用大的主偏角，一般選用75-90度、甚至大于90度的主偏角

副偏角的作用：1）主要作用是減少副切削刃與已加工表面的摩擦。2）當(dāng)主偏角一定時(shí)，副偏角的大小會(huì)影響到加工殘留面積的高度，對(duì)加工表面的表面粗糙度影響較大。減小副偏角會(huì)降低表面粗糙度的數(shù)值。副偏角一般為5-15度，粗加工時(shí)取較大值

前角γ0

—在正交平面中測(cè)量的前面與基面間的夾角。

后角α0—在正交平面中測(cè)量的刀具后面與切削平面間的夾角。正交平面投影前角分類：根據(jù)前面和基面相對(duì)位置的不同，分為正前角、零度前角和負(fù)前角影響：1）增大前角能使切削刃鋒利，切削輕快，即能減小切削層的塑性變形，減小切削力。2）但過(guò)大的前角，會(huì)導(dǎo)致切削刃強(qiáng)度下降，刀頭散熱體積減小，影響刀具壽命選?。嚎紤]工件材料、刀具材料和加工性質(zhì)1）工件材料強(qiáng)度、硬度低，前角可選大些；2）加工塑性材料，前角大些，加工脆性材料，前角取小些；3）刀具材料韌性好，前角可大些；4）精加工時(shí)前角可選大些，粗加工時(shí)可選小些。后角作用：1）減少刀具后面與工件表面的摩擦，并配合前角改變切削刃的鋒利與強(qiáng)度。后角大，摩擦小，切削刃鋒利。2）后角過(guò)大，切削刃變?nèi)?，散熱條件變差，加速刀具磨損。選?。焊鶕?jù)加工的種類和性質(zhì)來(lái)選取粗加工或工件材料較硬時(shí)，要求切削刃強(qiáng)固，后角取較小值，為6-8度；反之可取大些，如8-12度。前角、后角的影響刃傾角λS

—在主切削平面中測(cè)量的主切削刃與基面間的夾角。

主切削平面投影刃傾角分類：正、負(fù)、零度之分影響：影響刀頭的強(qiáng)度、切削分力和排屑方向負(fù)的刃傾角可以增強(qiáng)刀頭強(qiáng)度，但使背向力增大，引起振動(dòng)；會(huì)使切屑排向已加工表面，可能劃傷和拉毛已加工表面。選?。阂话阍?5-+5度之間選取；粗加工時(shí)取負(fù)值；精加工時(shí)取正值或零度。

刃傾角對(duì)排屑方向的影響刀具角度總結(jié)工作角度

-----在工作參考系中定義的刀具角度，考慮了合成運(yùn)動(dòng)和刀具安裝條件的影響。車刀安裝高度對(duì)前角和后角的影響車刀安裝偏斜對(duì)主偏角和副偏角的影響第3節(jié)金屬切削過(guò)程一、切屑二、積屑瘤三、切削力四、切削熱五、刀具磨損金屬切削過(guò)程---刀具從工件上將多余金屬切下的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是一種擠壓過(guò)程。切削層金屬受擠壓變形是切削過(guò)程的基本問(wèn)題一、切屑1. 形成過(guò)程對(duì)金屬材料擠壓，變形，斷裂形成切屑前角小，材料變形大，切削力大，切削溫度大2. 切屑種類由于工件材料塑性不同、刀具前角不同及采用不同的切削用量，會(huì)形成不同類型的切屑。（1）帶狀切屑：高速小進(jìn)給，切削連續(xù)，平穩(wěn)，Ra低，不安全（2）節(jié)狀切屑：低速大進(jìn)給，切削力波動(dòng)大，Ra高，粗加工（3）崩碎切屑：切削鑄鐵，黃銅等脆性材料。切削熱，切削力在主切削刃和刀尖上，易振動(dòng)，崩刃，影響表面質(zhì)量。二、積屑瘤----在一定范圍的切削速度下切削塑性金屬時(shí)，常發(fā)現(xiàn)在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附一小塊很硬的金屬，這就是積屑瘤。1. 形成及特點(diǎn)切屑在一定溫度和壓力下粘附在切削刃附近，形成后并長(zhǎng)大，達(dá)到一定高度后又破裂。反復(fù)發(fā)生。特點(diǎn)：硬度大，能代替刀具切削。2. 對(duì)加工的影響（1）保護(hù)切削刃。（2）增大工作前角，使切削輕快（3）不斷地產(chǎn)生和脫落，使切削有振動(dòng)，影響尺寸精度；還會(huì)粘在已加工表面上，影響表面質(zhì)量。

粗加工希望產(chǎn)生精加工應(yīng)該避免3. 控制主要因素：工件材料的力學(xué)性能—塑性大易形成積屑瘤;

為避免可采取正火或調(diào)質(zhì)處理，以提高其強(qiáng)度，硬度。切削速度---通過(guò)切削溫度和摩擦來(lái)影響。速度很低（低于5m/min),溫度低,摩擦小,不宜形成速度增大(5-50m/min),溫升高,摩擦大,宜形成速度很高(大于100m/min)溫升高,摩擦小,不宜形成

所以:低速時(shí)溫度低，摩擦小，如拉削、鉸削、精刨高速時(shí)溫度高，摩擦小，如精車、精銑三、切削力-------切削時(shí)材料的變形抗力、刀具與工件及刀具與切屑之間的摩擦力構(gòu)成實(shí)際的切削力。1. 總切削力F的分解切削力Fc–在主運(yùn)動(dòng)方向上分力，做功最多，占總功率90%以上；進(jìn)給力Ff

--在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的分力，很小，占總功率的1-5%；背向力Fp–在垂直于工作平面上的分力，不做功；但容易使工件變形，甚至產(chǎn)生振動(dòng)，影響工件加工精度。

Fp

影響細(xì)長(zhǎng)軸的加工2. 切削力的大小與估算大?。号c工件材料和切削用量有關(guān)。強(qiáng)度、硬度高的材料，F(xiàn)大；塑性好的材料，F(xiàn)也大；ap和f加大時(shí)，F(xiàn)增大。估算：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算切削力3.切削功率----三個(gè)切削分力消耗功率的總和。Pm=Fc

×vc×10-3

(kW)

vc是切削速度(m/s)電機(jī)功率

PE=Pm/η

η傳動(dòng)效率四、切削熱1. 來(lái)源切削功大都變成熱能，形成切削熱。（1）切屑變形，主要來(lái)源。（2）切屑與前刀面摩擦。（3）工件與后刀面摩擦。2. 傳導(dǎo)（高速鋼刀具）切屑傳出50％～86％工件40％～10％刀具9％～3％輻射1％傳入切屑和介質(zhì)中的熱量越多，對(duì)加工越有利；傳入刀具的熱量會(huì)加速刀具磨損；傳入工件的熱量可能使工件變形，產(chǎn)生形狀和尺寸誤差。切削溫度---切削區(qū)的平均溫度，取決于切削熱的產(chǎn)生和傳出情況。影響因素：（1）切削用量切削速度影響最大，其次進(jìn)給量，背吃刀量（2）工件材料強(qiáng)度、硬度高，消耗功率大，產(chǎn)生切削熱多，切削溫度高。（切鋼比鑄鐵發(fā)熱多）（3）刀具主偏角小，作用切削刃長(zhǎng)，散熱好前角大，材料變形小，切削熱少材料導(dǎo)熱性好，散熱也好五、刀具磨損1. 形式前刀面磨損（?。┖蟮睹婺p（主要）同時(shí)磨損。2. 磨損階段三階段：初期磨損階段OA正常磨損階段AB急劇磨損階段BC3. 刀具磨損的影響因素（1）切削用量大，則刀具磨損大其中切削速度影響最大（2）刀具材料和角度耐熱性好的刀具材料不易磨損；增大刀具前角可減少磨損（3）使用切削液可降低刀具磨損4. 刀具耐用度（1）定義：刃磨后的刀具，自開(kāi)始切削直到磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，所經(jīng)歷的實(shí)際切削時(shí)間，稱為刀具耐用度。用T表示。（2）磨鈍標(biāo)準(zhǔn)

用后刀面的磨損程度作為標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上按刀具切削時(shí)間來(lái)判斷。粗加工，切削時(shí)間min；精加工，走刀次數(shù)或零件個(gè)數(shù)。第4節(jié)切削加工的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析一、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)二、影響因素一、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1、產(chǎn)品質(zhì)量（1）加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度經(jīng)濟(jì)精度：在正常情況下所能達(dá)到的精度（2）表面質(zhì)量：表面粗糙度、加工硬化和剩余應(yīng)力加工硬化：擠壓、摩擦使表面硬度提高2、加工時(shí)間和成本（1）加工時(shí)間tw

：（一個(gè)零件）tw＝tm+tc+totm：基